[发明专利]一种降低镁合金表面喷涂涂层扩散温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面纳米化和涂层扩散热处理技术，尤其是指镁合金表面喷铝、喷锌以及锌铝涂层扩散温度降低的技术，属于材料科学领域。

背景技术

镁合金耐蚀性差，人们采用了各种涂层保护以使镁合金基体免遭腐蚀介质的浸蚀。目前普遍采用阳极氧化处理、化学转化处理、电镀、环氧树脂密封、油漆、搪瓷等，这些表面处理的涂层较薄，耐蚀性受到一定限制，电镀和阳极氧化均存在受设备尺寸限制和排除废液的问题。因此，世界各国相继开展了镁合金表面等离子微弧阳极氧化、激光表面热处理和激光表面合金化以及物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或电子束蒸发等表面处理方法的研究。这些现代的镁合金表面改性技术利用设备优势可以得到比传统表面处理优异的防蚀层，但除微弧阳极氧化只须简单的电源(但要求高电压和高电流，生产成本高)以外，其它技术均须特殊的昂贵设备或需在真空等苛刻的条件下进行，除航空航天或军事等高附加值领域的特殊部件采用这些技术外，其市场前景受到了一定限制。而微弧氧化涂层虽然与基体结合好，但表面硬的陶瓷层很容易在随后的装配或上螺丝的过程中局部脱落，一旦镁合金表面有新鲜表面出现，则会形成原电池的两个极，这样会加速镁合金的腐蚀。

本申请人已申报了一项发明专利“一种提高镁合金耐蚀性的表面处理方法”，公开号：CN1737212，利用热喷涂方法在镁合金表面进行铝、铝锌涂层的制备，同时进行相应的扩散处理，以提高耐蚀性。热喷涂由于操作简单，设备要求不高，目前在汽车等工业领域中已普遍应用，而且铝的耐蚀性好，铝涂层在镁合金的回收中也没有任何副作用，因而，在镁合金上喷涂铝涂层具用广阔的应用前景。但是，镁合金表面喷涂铝涂层必须经过扩散热处理，形成冶金结合才能有效的提高耐蚀性，而目前镁铝形成冶金结合所必须的扩散热处理温度都必须在430℃左右，这样的高温会有损于镁合金基体的其他性能。

发明内容

针对上述的不足，本发明的目的在于提供一种基于表面纳米化降低镁合金表面喷涂涂层扩散温度的方法，采用表面纳米化技术不仅可以降低镁合金表面涂层的扩散温度，而且可以取消喷涂前所必须的喷砂预处理工艺，无需特殊的工艺步骤，既去除了基体表面的氧化皮和粗化表面，也使镁合金基体表面生成一层纳米晶，从而可以节约喷涂前的处理时间，提高生产效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术手段如下：

首先，在对镁合金表面进行热喷涂铝涂层前，先对清洗干净的镁合金表面进行表面纳米化处理，使镁合金表面晶粒细化至纳米尺寸，并去除镁合金表面的氧化皮和粗化以增强涂层与基体的机械铆合结合力。

然后，在表面纳米化镁合金基体表面热喷涂铝或锌或锌铝复合涂层，喷涂的工艺参数是空气压力0.5-1.2Mpa，氧气压力0.2-0.6MPa，乙炔压力0.04-0.10Mpa。

最后，将喷涂后的试样放进普通热处理炉中在200℃-400℃下保温处理，一般0.5-4h，促使涂层与基体形成冶金结合，试样取出后空冷至室温。

表面纳米化是近几年才出现的一种新概念，它是指利用各种物理、化学的方法在材料表面制备出纳米晶粒结构的表层，从而提高表面各种性能如耐疲劳、耐磨损和耐腐蚀性能等。在材料表面获得纳米结构表层主要途径有三种：表面涂覆或沉积方法、表面自身纳米化方法和混合纳米化方法。

这里的表面自身纳米化方法主要是通过各种机械方法，如表面机械研磨、高能喷丸、超声喷丸和超音速颗粒轰击等使材料表面迅速产生强烈的大量塑性变形促使表面晶粒破碎并逐渐细化到纳米级。这些方法是纳米处理的通常方法，只是处理的工艺参数要做一定控制，如采用高能喷丸纳米化处理，是在常温下进行的，处理时间为5-30min，弹丸材料是不锈钢，直径为1-1.5mm，颗粒速率是100-200m/s。超音速颗粒轰击法(SSPB)是采用氧化铝颗粒，直径为20-50μm，压缩空气压力2-3MPa，空气温度40-50℃。

目前，这种通过强烈塑性变形诱发表面纳米化的研究主要集中在其制备技术、表面纳米化机理的基础研究方面，在其应用基础研究方面也仅仅在纯铁和钢上进行了表面纳米化后渗氮化学热处理。

对镁合金表面进行纳米化处理后，可以有效降低镁合金表面喷铝涂层扩散温度，原理如下：

首先，通过表面机械研磨、高能喷丸、超声喷丸和超音速颗粒轰击等使镁合金表面产生纳米晶后，增加表面晶粒的比表面积和晶界体积分数，提高晶粒的表面自由能，从而在相同的温度条件下，表面纳米化的镁合金表面原子比未纳米化的镁合金表面原子具有更高的能量，扩散的动力也更大。